基于NIOS II系统的LCD液晶显示

付宗见 李 明

(1.郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052;2.河南机电高等专科学校，河南 新乡 453002)

NIOS II系统是Altera公司推出的第二代基于FPGA的32位RSIC嵌入式处理器，它具有的软硬件可裁减、可扩充、可升级等特性使其得到了广泛地应用。液晶显示器件因其显示内容丰富已成为嵌入式系统重要的输出器件。Altera Quarter II开发软件的SOPC Builder系统开发工具不仅可直接定制NIOS II软核处理器，还可以添加其相关组件。其中就集成了专门的LCD16027控制IP核，可直接完成液晶的扩展，并提供HAL系统库的软件支持，使用十分方便。

本文以常用的液晶显示屏LCD1602为例，重点介绍基于NIOS II软核处理器系统的LCD1602液晶显示屏的硬件电路设计和软件编程方法。

1 硬件电路设计

LCD1602液晶显示屏采用单+5V供电，具有价格低廉、外围电路配置简单等特点，应用十分广泛。该液晶为黑白屏字符型液晶，可显示标准ASCII码字符，共两行，每行显示16个字符。其引脚接口如表1所示。

表1 LCD1602引脚功能表

续上表

与NIOS II系统的LCD显示IP核引脚连接，主要有数据D0－D7，使能E，寄存器选择RS，读写R/W，背光可通过PIO扩展来实现。图1为LCD1602与FPGA的连接示意及外围电路图。

图1 LCD1602与FPGA的连接示意及外围电路图

2 LCD控制IP核

LCD1602的控制可以直接采用SOPC Builder提供的16207LCD控制IP核。该IP核基于Avalon总线接口，提供了16×2个ASCII字符显示控制的软硬件控制器。该驱动提供HAL系统库支持，NIOS II程序可以直接通过ANSI C标准库如printf()实现液晶显示。

LCD控制IP核连接到LCD1602的引脚主要有:

◆EN——使能(输出类型)

◆RS——寄存器选择(输出类型)

◆R/W——读或写控制(输出类型)

◆DB0～7——数据总线(双向口)

图2为LCD控制器方框图。LCD控制IP核与Avalon－MM从接口相连。该控制 IP核可以在SOPC Builder里定制。在SOPC Builder里这个LCD控制IP核叫Character LCD(16×2，Optrex16207)。

该IP核可直接添加使用，不需要任何设置。

表2 LCD控制IP核支持的VT100控制协议

图2 LCD控制器方框图

3 软件编程

该LCD控制IP核驱动提供HAL系统库支持，液晶屏可以作为一个标准输出设备，使用ANSI C标准库中的printf()，很容易地将需要显示的字符写到显示屏上。

该IP核支持VT100部分协议，除显示16×2字符外，还可以控制光标的位置。表2为LCD控制IP核支持的VT100控制协议。

需要注意的是，在实际编程中，上表的“ESC”等用‘’加该控制符对应的16进制数形式表示，如“ESC［K”表示为“33［K”。

该IP核与以下文件一起使用，这些文件提供了硬件接口，和HAL驱动程序。

◆altera_avalon_lcd_16207_regs.h－这个文件定义了核心的寄存器映射，符号常量来提供访问底层硬件。

◆altera_avalon_lcd_16207.h，altera_avalon_lcd_16207.c－这些文件执行LCD控制器的HAL系统库设备驱动程序。

下面的代码是LCD1602显示的一个实例:

HAL的设备驱动程序使用户不必直接访问寄存器。

4 结束语

基于NIOS II软核处理器系统的LCD液晶显示组件可根据需要灵活定制，使用者可以不必了解液晶屏原理就可以用标准C语言函数来操作使用。采用NIOS II软核处理器扩展LCD1602液晶的设计方案具有灵活、方便、高效和低成本的特点。

［1］曹勇，沈斌，熊伟.SOPC中NIOS II的LCD显示驱动IP设计［J］.单片机与嵌入式系统应用，2010，(6).

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［3］江晋剑.基于SOPC实验平台的创新实验方法研究［J］.微型电脑应用，2009，(3).